СКВАЖИНА ДЛЯ ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДОВ И СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИНЫ Российский патент 2020 года по МПК E21B7/08 E21B33/13 E21B43/14 E21B43/38 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Приоритет настоящей заявки заявляется по предварительной заявке США №62/195814, озаглавленной "Система и способ разделения скважины и скважинная сепарация текучих сред скважины", поданной 23 июля 2015 года и полностью включенной в настоящую заявку путем ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Варианты выполнения предложенного изобретения относятся, в целом, к скважинам и, в частности, к скважине для добычи углеводородов и способу строительства скважины.

[0003] Для генерации энергии в различных применениях широко используются невозобновляемые углеводородные текучие среды, например, нефть и газ. Такие углеводородные текучие среды находятся под поверхностью земли. Углеводородные текучие среды добывают из скважин для добычи углеводородов, которые проходят под поверхностью земли. Однако в своей природной форме углеводородные текучие среды встречаются не в чистой форме, а в виде смеси углеводородных текучих сред, воды, песка и других дисперсных веществ, собирательно называемых текучей средой скважины. Подобные текучие среды скважины фильтруют при помощи различных механизмов для экстракции обогащенного углеводородами потока и водного потока.

[0004] Кроме того, в зависимости от географического местоположения скважины для добычи углеводородов могут использоваться скважины различных видов. В одном способе текучие среды скважины извлекают на поверхность земли и сепарируют на поверхности земли при помощи поверхностного сепаратора. Воду, отсепарированную от текучих сред скважины, размещают в сертифицированном месте централизованной утилизации воды. Однако, такой способ повышает риск сейсмической активности в географическом местоположении.

[0005] В другом способе текучие среды скважины сепарируют внутри скважины при помощи скважинного сепаратора. Водный поток, отсепарированный от обогащенного углеводородами потока, размещают внутри той же скважины. Однако в подобных способах текучие среды скважины ослабляют потоковое давление спустя некоторый период времени, что уменьшает срок эксплуатации скважины для добычи углеводородов. Кроме того, в ряде способов скважина может содержать боковые ветви, которые могут помогать в поддержании потокового давления текучих сред скважины. В таких конфигурациях скважинный сепаратор устанавливают на переходе между вертикальной ветвью и боковой ветвью, что может влиять на конструкционную целостность скважины.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Кратко, в соответствии с одним вариантом выполнения предложен способ формирования узла соединения в скважине. Способ включает бурение вертикальной ветви на первую заданную глубину для формирования скважинного ствола. Способ также включает расширение вертикальной ветви в местоположении узла соединения в вертикальной ветви для формирования первой соединительной секции. Способ также включает введение связующего материала в первую соединительную секцию. Способ также включает бурение боковой ветви на первое заданное расстояние через боковую стенку первой соединительной секции. Способ также включает расширение боковой ветви через боковую стенку первой соединительной секции для формирования второй соединительной секции. Способ также включает введение связующего материала в первую соединительную секцию и вторую соединительную секцию для формирования узла соединения между вертикальной ветвью и боковой ветвью.

[0007] В другом варианте выполнения предложена скважина. Скважина содержит вертикальную ветвь и одну или более боковых ветвей, проточно сообщающихся с вертикальной ветвью. Скважина также содержит один или более узлов соединения, сформированных с помощью связующего материала, причем указанная одна или более боковых ветвей соединена с вертикальной ветвью в одном или более узлов соединения.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Эти и другие признаки, особенности и преимущества настоящего изобретения станут более понятны при прочтении следующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые позиции обозначают одни и те же элементы на всех прилагаемых чертежах, на которых:

[0009] на фиг. 1 схематично представлена скважина, выполненная в соответствии с одним вариантом изобретения;

[0010] на фиг. 2 схематично представлена скважина, выполненная в соответствии с другим вариантом изобретения;

[0011] на фиг. 3 изображена, в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения, блок-схема, представляющая этапы способа формирования узла соединения в скважине;

[0012] на фиг. 4 схематично проиллюстрирован, в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения, этап способа строительства скважины, представленной на фиг. 1;

[0013] на фиг. 5 схематично проиллюстрирован, в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения, другой этап способа строительства скважины, показанной на фиг. 1;

[0014] на фиг. 6 схематично проиллюстрирован, в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения, еще один этап способа строительства скважины, показанной на фиг. 1;

[0015] на фиг. 7 схематично проиллюстрирован, в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения, другой этап способа строительства скважины, показанной на фиг. 1;

[0016] на фиг. 8 схематично проиллюстрирован, в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения, еще один этап способа строительства скважины, показанной на фиг. 1;

[0017] на фиг. 9 схематично проиллюстрирован, в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения, другой этап способа строительства скважины, показанной на фиг. 1;

[0018] на фиг. 10 схематично проиллюстрирован, в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения, еще один этап способа строительства скважины, показанной на фиг. 1;

[0019] на фиг. 11 схематично проиллюстрирован, в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения, другой этап способа строительства скважины, показанной на фиг. 1;

[0020] на фиг. 12 схематично проиллюстрирован, в соответствии с одним вариантом выполнения изобретения, еще один этап способа строительства скважины с фиг. 1.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0021] В вариантах выполнения изобретения раскрыта скважина и способ строительства скважины. Способ включает бурение вертикальной ветви на заданную глубину для формирования скважинного ствола. Кроме того, способ также включает расширение вертикальной ветви в местоположении узла соединения в вертикальной ветви для формирования первой соединительной секции. Способ также включает введение связующего материала в первую соединительную секцию. Способ также включает бурение боковой ветви на заданное расстояние через боковую стенку первой соединительной секции. Способ также включает расширение боковой ветви через боковую стенку первой соединительной секции для формирования второй соединительной секции. Способ также включает введение связующего материала в первую соединительную секцию и вторую соединительную секцию для формирования узла соединения между вертикальной и боковой ветвями.

[0022] На фиг. 1 схематично представлена, в соответствии с одним вариантом выполнения предложенного изобретения, скважина 10. Скважина 10 включает вертикальную ветвь 90 и боковую ветвь 118, проточно сообщающуюся с вертикальной ветвью 90. Боковая ветвь 118 соединена с вертикальной ветвью 90 с помощью узла 98 соединения. Узел 98 соединения содержит первую соединительную секцию 102 и вторую соединительную секцию 126. При этом узел 98 сформирован при помощи связующего материала 108 для обеспечения дополнительной конструкционной целостности на участке соединения между вертикальной ветвью 90 и боковой ветвью 118.

[0023] В проиллюстрированном варианте выполнения боковая ветвь 118 содержит хвостовик 138, проходящий в боковом направлении от второй соединительной секции 126. Боковая ветвь 118 расположена в зоне 100 добычи. Боковая ветвь 118 имеет множество перфораций (не изображено), обеспечивающих возможность входа текучих сред 140 скважины из зоны 100 добычи в боковую ветвь 118. В одном варианте выполнения предложенного изобретения текучие среды 140 скважины содержат смесь нефти, воды и песка. Сепаратор 142, например, скважинный сепаратор, расположен в узле 98 соединения в вертикальной ветви 90. При этом сепаратор 142 выполнен с возможностью сепарирования текучих сред 140 скважины на обогащенный углеводородами поток 144 и воду 146. В одном варианте выполнения сепаратор 142 может включать центробежный сепаратор или циклонный сепаратор. Электрический погружной насос 148 расположен в вертикальной ветви 90 выше узла 98 соединения. При этом электрический погружной насос 148 выполнен с возможностью передачи обогащенного углеводородами потока 144 на поверхность 150 земли.

[0024] Далее, узел 98 соединения включает первый изоляционный пакер 152, расположенный на первом конце 154, и второй изоляционный пакер 156, расположенный на втором конце 158. Используемый в настоящем документе термин "изоляционный пакер" может быть определен как уплотнительное устройство, используемое для изолирования различных секций скважины друг от друга. Электрический погружной насос 148 расположен выше первого пакера 152 узла 98 соединения. Вертикальная ветвь 90 соединена с зоной 114 централизованной утилизации подземных вод. При этом воду 146, сепарированную от текучих сред 140 скважины, размещают в зоне 114 централизованной утилизации подземных вод через вертикальную ветвь 90.

[0025] На фиг. 2 приведено схематичное изображение 170, в соответствии с одним вариантом выполнения предложенного изобретения, другого варианта выполнения скважины 172. Скважина 172 содержит вертикальную ветвь 174 и множество боковых ветвей 176, выполненных с возможностью сообщения по текучей среде с вертикальной ветвью 174. Каждая боковая ветвь из множества боковых ветвей 176 соединена с вертикальной ветвью 174 в соответствующих местах 178 соединения. В таких вариантах выполнения по меньшей мере одна боковая ветвь из множества боковых ветвей 176 представляет собой добычную ветвь 180, выполненную с возможностью приема текучих сред скважины из зоны 182 добычи. Кроме того, по меньшей мере одна боковая ветвь из остальных боковых ветвей представляет собой утилизационную ветвь 186, используемую для утилизации воды, сепарированной от текучих сред скважины. В одном варианте выполнения предложенного изобретения первая боковая ветвь из множества боковых ветвей 176 может представлять собой добычную ветвь 180, и вторая боковая ветвь из множества боковых ветвей 176 может представлять собой утилизационную ветвь 186. В другом примере первая боковая ветвь может представлять собой добычную ветвь, и вторая боковая ветвь, третья боковая ветвь и четвертая боковая ветвь могут представлять собой утилизационные ветви. При этом вторая боковая ветвь, третья боковая ветвь и четвертая боковая ветвь могут быть распределены по различным местоположениям в зоне 188 утилизации для обеспечения распределенной утилизации воды, сепарированной от текучих сред скважины.

[0026] На фиг. 3 изображена, в соответствии с одним вариантом выполнения предложенного изобретения, блок-схема, представляющая этапы способа 200 формирования узла соединения в скважине. Способ 200 включает этап 202, на котором бурят вертикальную ветвь на первую заданную глубину для формирования скважинного ствола. На этапе 204 вертикальную ветвь расширяют в местоположении узла соединения для формирования первой соединительной секции. На этапе 206 вводят связующий материал в первую соединительную секцию. Кроме этого, на этапе 208 бурят боковую ветвь на первое заданное расстояние через боковую стенку первой соединительной секции. На этапе 210 боковую ветвь расширяют на первое заданное расстояние для формирования второй соединительной секции. На этапе 212 во вторую соединительную секцию вводят связующий материал.

[0027] На фиг. 4 приведено схематическое представление 201 этапов 202, 204 и 206 способа 200 в соответствии с вариантом выполнения, показанным на фиг. 3. Вертикальную ветвь 90 бурят на первую заданную глубину 92 для формирования скважинного ствола 94. Первую заданную глубину 92 определяют в зависимости от местоположения 96 узла 98 соединения. При этом местоположение 96 узла 98 соединения находится в пределах зоны 100 добычи или смежно с ней. В других вариантах выполнения, как изображено на фиг. 2, местоположение 96 узла соединения также может быть в пределах зоны распределенной утилизации воды или смежно с ней. Кроме этого, вертикальную ветвь 90 расширяют для формирования первой соединительной секции 102. В проиллюстрированном варианте выполнения ширина 104 первой соединительной секции 102 превышает ширину 106 вертикальной ветви 90. Затем в первую соединительную секцию 102 вводят связующий материал 108. В одном варианте выполнения связующий материал 108 может содержать цемент. До начала других этапов в способе 70 связующий материал 108 выдерживают для усадки и высыхания в течение определенного периода времени.

[0028] На фиг. 5 приведено схематическое представление промежуточного этапа 213 для формирования вертикальной ветви 90 в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения. Вертикальную ветвь 90 бурят через первую соединительную секцию 102 с обеспечением ширины 104 первой соединительной секции 102 равной ширине 106 вертикальной ветви 90. Участок связующего материала 108 формирует боковые стенки 110 первой соединительной секции 102.

[0029] На фиг. 6 приведено схематическое представление другого промежуточного этапа 214, выполняемого перед этапом 208, показанным на фиг. 3, для формирования вертикальной ветви 90, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения. Вертикальную ветвь 90 бурят дальше на вторую заданную глубину 112. Вторая заданная глубина 112 вертикальной ветви 90 может зависеть от типа формируемой скважины. Например, как показано в варианте выполнения на фиг. 1, вертикальную ветвь 90 бурят до глубины, смежной с зоной 114 централизованной утилизации подземных вод. Как изображено на фиг. 2, в других вариантах выполнения вертикальная ветвь 90 может быть пробурена на глубину в зависимости от месторасположения самого глубокого узла соединения. Затем внутри вертикальной ветви 90 располагают обсадную колонну 116. Для прикрепления обсадной колонны 116 к вертикальной ветви 90 выполняют цементирующий процесс.

[0030] На фиг. 7 приведено схематичное представление этапа 208 в соответствии с вариантом выполнения, показанным на фиг. 3. Боковую ветвь 118, имеющую ширину 130, бурят на первое заданное расстояние 120 через боковую стенку 110 первой соединительной секции 102 до зоны 100 добычи при помощи направляющего устройства 124. В проиллюстрированном варианте выполнения направляющее устройство 124 устанавливают в первой соединительной секции 102 в вертикальной ветви 90. Направляющее устройство 124 обеспечивает необходимое направление во время процесса бурения. В одном варианте выполнения направляющее устройство 124 может включать отклонитель. В проиллюстрированном варианте выполнения отклонитель включает наклонную плоскость, ориентированную по направлению, в котором необходимо бурить боковую ветвь 118. Аналогичным образом, как изображено на фиг. 2, боковая ветвь может быть также пробурена до зоны 64 распределенной утилизации воды.

[0031] На фиг. 8 приведено схематичное представление этапа 210 в соответствии с вариантом выполнения, показанным на фиг. 3. Боковую ветвь 118 расширяют на первое заданное расстояние 120 для формирования второй соединительной секции 126. Ширина 128 второй соединительной секции 126 превышает ширину 130 боковой ветви 118 (как показано на фиг. 7).

[0032] На фиг. 9 приведено схематичное представление этапа 212 в соответствии с вариантом выполнения, показанным на фиг. 3. Во вторую переходную секцию 126 вводят связующий материал 108. Перед вводом связующего материала 108 удаляют направляющее устройство 124 (показано на фиг. 7) из вертикальной ветви 90 и устанавливают извлекаемую мостовую пробку 132 в первой соединительной секции 102. Используемый в настоящем документе термин "извлекаемая мостовая пробка 132" может быть определен как пробка, выполненная с возможностью извлечения и функционирующая в качестве скважинного барьера, который может быть установлен на заданной глубине в любом месте внутри трубопровода или обсадной колонны скважинного ствола для содейтсвия выполнению широкого диапазона операций по содержанию скважины. Связующий материал 108 выдерживают для усадки и высыхания в течение определенного периода времени. Извлекаемая мостовая пробка 132 обеспечивает опору для связующего материала 108, а также предотвращает протекание связующего материала 108 ниже первой соединительной секции 102.

[0033] На фиг. 10 приведено схематическое представление дополнительного этапа 216, выполняемого после этапа 212, показанного на фиг. 3, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения. Боковую ветвь 118 бурят через вторую соединительную секцию 126 на второе заданное расстояние 134 с обеспечением ширины 128 второй соединительной секции 126 равной ширине 130 боковой ветви 118. Связующий материал 108 формирует боковые стенки 136 второй соединительной секции 126.

[0034] На фиг. 11 приведено схематическое представление дополнительного этапа 218, выполняемого после этапа 216, показанного на фиг. 10, в соответствии с вариантом выполнения предложенного изобретения. После бурения боковой ветви 118 на второе заданное расстояние 134 в боковой ветви 118 устанавливают хвостовик 138, проходящий от второй соединительной секции 126.

[0035] На фиг. 12 приведено схематическое представление дополнительного этапа 220, выполняемого после этапа 218, показанного на фиг. 11, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения. Вертикальную ветвь 90 бурят через первую соединительную секцию 102 для удаления связующего материала 108. Затем извлекаемую мостовую пробку 132 удаляют из первой соединительной секции 102 для формирования узла 98 соединения (показано на фиг. 4), соответствующего боковой ветви 118. Узел 98 соединения обеспечивает конструкционную целостность соединения между вертикальной ветвью 90 и боковой ветвью 118. В частности, конструкционная целостность обеспечена связующим материалом 108 боковых стенок 110 и 136 первой соединительной секции 102 и второй соединительной секции 126, соответственно.

[0036] Этапы, изображенные на фиг. 4-12, могут быть повторены с дополнительными модификациями для формирования множества боковых ветвей, соединенных с вертикальной ветвью во множестве соответствующих узлов соединения, как показано на фиг. 2, для обеспечения конструкционной целостности местам, соединяющим множество боковых ветвей с вертикальной ветвью.

[0037] Следует понимать, что квалифицированному специалисту легко распознать взаимозаменяемость различных признаков из различных вариантов выполнения изобретения, и что различные описанные признаки, а также другие известные эквиваленты для каждого признака могут быть сочтены и совмещены специалистом средней квалификации в рассматриваемой области техники для создания дополнительных систем и технологий в соответствии с принципами, изложенными в описании предложенного изобретения. Таким образом, подразумевается, что независимые пункты приложенной формулы изобретения охватывают все подобные модификации и изменения, находящиеся в пределах существа предложенного изобретения.

[0038] В настоящем документе проиллюстрированы и описаны только некоторые признаки предложенного изобретения. Однако для специалистов понятны многие модификации и изменения. Таким образом, подразумевается, что приложенная формула изобретения охватывают все подобные модификации и изменения, находящиеся в пределах объема предложенного изобретения.

Группа изобретений относится к области строительства скважин для добычи углеводородов. Технический результат - повышение эффективности строительства скважин и надежности работы устройства. В соответствии со способом осуществляют бурение вертикальной ветви на первую заданную глубину для формирования скважинного ствола. Расширяют вертикальную ветвь в местоположении узла соединения в вертикальной ветви для формирования первой соединительной секции. Вводят связующий материал в первую соединительную секцию. Осуществляют бурение боковой ветви на первое заданное расстояние через боковую стенку первой соединительной секции. Расширяют боковую ветвь через боковую стенку первой соединительной секции для формирования второй соединительной секции. Вводят связующий материал в первую соединительную секцию и вторую соединительную секцию для формирования узла соединения между вертикальной ветвью и боковой ветвью. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ строительства скважины, включающий бурение вертикальной ветви на первую заданную глубину для формирования скважинного ствола,

расширение вертикальной ветви в местоположении узла соединения в вертикальной ветви для формирования первой соединительной секции,

введение связующего материала в первую соединительную секцию,

бурение боковой ветви на первое заданное расстояние через боковую стенку первой соединительной секции,

расширение боковой ветви через боковую стенку первой соединительной секции для формирования второй соединительной секции, и

введение связующего материала в первую соединительную секцию и вторую соединительную секцию для формирования узла соединения между вертикальной ветвью и боковой ветвью.

2. Способ по п.1, в котором бурят вертикальную ветвь на вторую заданную глубину через первую соединительную секцию в местоположении узла соединения перед бурением боковой ветви.

3. Способ по п.1, в котором устанавливают направляющее устройство в первой соединительной секции в местоположении узла соединения в вертикальной ветви перед бурением боковой ветви.

4. Способ по п.3, в котором удаляют направляющее устройство из первой соединительной секции в местоположении узла соединения и устанавливают в первой соединительной секции мостовую пробку, выполненную с возможностью извлечения, перед введением связующего материала в первую соединительную секцию и вторую соединительную секцию.

5. Способ по п.4, в котором извлекают указанную мостовую пробку и бурят вертикальную ветвь на вторую заданную глубину через первую соединительную секцию.

6. Способ по п.1, в котором бурят боковую ветвь на второе заданное расстояние через вторую соединительную секцию после введения связующего материала в первую соединительную секцию и вторую соединительную секцию.

7. Способ по п.6, в котором устанавливают хвостовик из второй соединительной секции в боковой ветви.

8. Скважина для добычи углеводородов, содержащая вертикальную ветвь, одну или более боковых ветвей, проточно сообщающихся с вертикальной ветвью, и один или более узлов соединения, сформированных при помощи связующего материала, причем указанная одна или более боковых ветвей соединены с вертикальной ветвью в одном или более узлах соединения, причем каждый из указанных одного или более узлов соединения содержит первую соединительную секцию, сформированную вдоль вертикальной ветви, и вторую соединительную секцию, сформированную вдоль боковой ветви, при этом по меньшей мере одна ветвь из указанных одной или более боковых ветвей является добычной ветвью.

9. Скважина по п.8, в которой вертикальная ветвь является утилизационной скважиной, соединенной с зоной утилизации подземных вод.

10. Скважина по п.8, в которой по меньшей мере одна ветвь из указанных одной или более боковых ветвей является утилизационной ветвью.

11. Скважина по п.8, содержащая хвостовик, расположенный так, что он проходит от второй соединительной секции узла соединения внутри боковой ветви.

12. Скважина по п.8, содержащая обсадную колонну, установленную внутри вертикальной ветви.

13. Скважина по п.8, содержащая один или более скважинных сепараторов, расположенных в указанном одном или более узлах соединения.

14. Скважина по п.8, содержащая первый изоляционный пакер, расположенный на первом конце каждого из узлов соединения в вертикальной ветви, и второй изоляционный пакер, расположенный на втором конце каждого из узлов соединения в вертикальной ветви.

15. Скважина по п.14, содержащая электрический погружной насос, размещенный выше первого изоляционного пакера в вертикальной ветви.